CN117096014A - 一种SiC半导体器件的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件的刻蚀方法，包括如下步骤：晶圆打标号，晶圆清洗，保护层的形成，涂胶工艺，在一定温度和一定真空度下进行低温真空干燥处理，在一定磁场功率和一定射频偏压功率辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶圆上，形成光刻胶掩膜步进式光刻机曝光，曝光后显影，刻蚀，去胶，清洁。本发明用于消除光刻胶膜上形成的微波纹，提高光刻胶的致密性和均匀性，达到精准刻蚀的目的。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种SiC半导体器件的刻蚀方法。
背景技术
半导体刻蚀工艺就是使用物理、化学或两者兼用的方法，有目的性地把没被抗蚀剂掩盖的那一部分薄膜层除去，这样就可以在薄膜上得到与抗蚀剂膜上一模一样的图形。刻蚀工艺可以分成干法刻蚀工艺与湿法刻蚀工艺。湿法刻蚀是传统的刻蚀方法，具体原理是把晶圆浸泡在某种化学试剂或试剂溶液中，让没有被抗蚀剂掩盖的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。其优点主要在于操作简单、对设备要求较低、易于大批量生产，并且刻蚀的选择性也较好。但是由于SiC化学反应的各向异性较差，横向的钻蚀会使刻蚀剖面出现圆弧形，这让精确控制图形变得非常困难。湿法刻蚀的另一问题是抗蚀剂在溶液中，特别在较高温度的溶液中易受破坏，使得掩盖效果不理想，所以对于那些只能在高温下刻蚀的薄膜要采用更加复杂的掩蔽方式。
干法刻蚀是一种利用等离子体进行薄膜刻蚀的工艺。当气体以等离子体形式存在时，等离子体中的这些气体活性比常态下要强，如果根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现化学刻蚀去除的目的。还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使它具备一定的能量，再用于轰击被刻蚀材料的表面时，即可将其原子击出，这样就达到了利用物理的能量转移来实现刻蚀的目的。但是往往因为涂覆的光刻胶层比较薄，如果对于刻蚀出的孔下方的物质层的刻蚀选择比设置比较低，控制性较差的时候，较薄的光刻胶层以及不断轰击半导体器件表面的含氧刻蚀气体往往会导致孔下方物质层被刻穿，使功能层丧失，造成后续半导体器件产生短路或者断路，甚至会使半导体器件完全作废。
如申请号为CN201710079125.1公开了半导体器件的刻蚀方法，该发明提供一种半导体器件的刻蚀方法，包括步骤如下：1)提供圆形半导体晶片，其包括半导体衬底，位于半导体衬底上的半导体器件层，半导体器件层上的金属层，所述半导体器件层包括位于晶片边缘的通孔结构；2)在所述金属层上涂覆光刻胶层；3)利用EBR方法去除所述半导体晶片边缘的光刻胶，使得所述位于晶片边缘的通孔结构被光刻胶所覆盖，通过在边缘光刻胶的去除步骤中进行改进，达到同样的目的，从而改善了晶片边缘的通孔被刻蚀穿通的问题，提高了半导体器件的可靠性。现今涂覆的光刻胶层比较薄，如果对于刻蚀出的孔下方的物质层的刻蚀选择比设置比较低，控制性较差的时候，较薄的光刻胶层以及不断轰击半导体器件表面的含氧刻蚀气体往往会导致孔下方物质层被刻穿，虽然对干法刻蚀进行了优化改进，并解决了晶片边缘的通孔被刻蚀穿通的问题，但是仍然存在功能层丧失、造成后续半导体器件产生短路或者断路，甚至会使半导体器件完全作废的情况。另外，干法刻蚀多是直接进行掩膜制备然后进行曝光，往往会因为涂胶不均，形成微波纹，从而破坏刻蚀的精准性。因此，如何提高刻蚀的精准性成为亟需解决的问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种SiC半导体器件的刻蚀方法，本发明采用了如下的技术方案：
本发明的提供了一种SiC半导体器件的刻蚀方法，包括如下步骤：
步骤1、晶圆清洗：打标后去离子水冲洗，并进行一次浸泡清洗，一定时间后甩干，待用；
步骤2、保护层的形成：将保护剂均匀喷覆到半导体器件的表面，形成保护层；
步骤3、涂胶工艺：先在晶圆上涂一层HMDS粘合剂，然后涂胶，一定温度和时间下前烘，厚度根据实际要求决定；
步骤4、在一定温度和一定真空度下进行低温真空干燥处理，完成后取出备用；
步骤5、在一定磁场功率和一定射频偏压功率辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶圆上，形成光刻胶掩膜；
步骤6、步进式光刻机曝光：采用第一次曝光程序；
步骤7、曝光后显影；
步骤8、刻蚀：置于电感耦合等离子体干法刻蚀机内进行刻蚀处理；
步骤9、去胶，清洁：将刻蚀处理后的半导体晶圆置于干法去胶设备中进行去胶清洁处理。
进一步的，所述步骤1中的清洗工艺包括：用去离子水冲洗晶圆后再用一定比例稀释后的H2SO4、双氧水和DHF清洗液漂洗SiC晶圆表面，洗去沾污、颗粒。
进一步的，所述保护剂包括一定比例的丝素蛋白改性氧化锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸单甘油酯、氨基三亚甲基叉膦酸、乙二胺四乙酸，然后在一定温度和真空度下进行低温真空干燥处理。
进一步的，曝光焦距为0.3±0.1，光强调整为680～750mW/cm2，均匀性要求为2％以内。
进一步的，采用刻蚀设备对晶圆进行刻蚀处理。
进一步的，去胶时高频信号源的频率为11～12MHz，输出功率为160～180W，通入氧气流量为10'～16mL/min。
进一步的，采用SPM药液、SC-1药液、DHF漂洗液一次进行浸泡清洗，其中，SPM药液是：H2SO4∶H2O2为3∶1，SC-1药液是NH4OH∶H2O2∶H2O为1∶2∶7。
进一步的，去胶时高频信号源的频率为11～12MHz，输出功率为160～180W，通入氧气流量为10～16mL/min。
本发明的技术方案能够实现如下有益的技术效果：
本发明的方法有利于均匀涂胶，同时达到便于去胶、保护半导体器件表面微观结构的效果，涂胶之后进行低温真空干燥、保障干燥均匀，再借助磁场的作用将高压氮气分散到光刻胶的表面，用于消除光刻胶膜上形成的微波纹，提高光刻胶的致密、均匀性，解决了晶圆边缘的通孔被刻蚀穿通、导致功能层丧失、造成后续半导体器件产生短路或者断路，甚至会使半导体器件完全失效的问题。本发明用于消除光刻胶膜上形成的微波纹，提高光刻胶的致密性和均匀性，达到精准刻蚀的目的。
附图说明
图1为本发明的SiC半导体器件的刻蚀方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的阐述。
本发明提供了一种半导体器件的刻蚀方法，所述方法主要使用保护剂、清洗液、漂洗液、去胶液、光刻胶、显影液等耗材，使用清洗机、涂胶显影机、步进式光刻机、ICP刻蚀机、干法去胶机等设备。
具体的，本发明的一种半导体器件的刻蚀方法，在清洗前晶圆打标号，按照产品批次一次打标，具体的，包括如下步骤：
步骤1、晶圆预清洗：打标后去离子水冲洗，时间5～10min；采用SPM药液(H2SO4∶H2O2为3∶1)、SC-1药液(NH4OH∶H2O2∶H2O为1∶2∶7)、DHF漂洗液一次进行浸泡清洗，30min后甩干，待用；
清洗工艺：包括用去离子水冲洗晶圆后再用一定比例稀释后的H2SO4、双氧水和DHF清洗液漂洗SiC晶圆表面，洗去沾污、颗粒等；
步骤2、保护层的形成：将保护剂均匀喷覆到半导体器件的表面，保护剂采用丝素蛋白改性氧化锌2～5g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.005～0.009g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.02～0.06g、硬脂酸单甘油酯0.2～0.25g、氨基三亚甲基叉膦酸0.04～0.05g、乙二胺四乙酸0.04～0.05g，然后在温度为34～38℃、真空度为2～3Pa下进行低温真空干燥处理，形成保护层；
保护剂成型工艺：将保护剂均匀喷覆到SiC晶圆的表面，保护剂采用丝素蛋白改性氧化锌2～5g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.005～0.009g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.02～0.06g、硬脂酸单甘油酯0.2～0.25g、氨基三亚甲基叉膦酸0.04～0.05g、乙二胺四乙酸0.04～0.05g，然后在温度为34～38℃、真空度为2～3Pa下进行低温真空干燥处理；
步骤3、涂胶工艺：先在晶圆上涂一层HMDS粘合剂，然后涂胶，前烘120℃，时间为2min，厚度根据实际要求决定；
步骤4、在温度为25～30℃、真空度为2～3Pa下进行低温真空干燥处理完成后取出备用；
步骤5、在磁场功率为700～900W、射频偏压功率为70～110W辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶圆上，形成光刻胶掩膜；
步骤6、步进式光刻机曝光：采用第一次曝光程序，曝光焦距为0.3±0.1，光强调整为680～750mW/cm2，均匀性要求为2％以内；
步骤7、曝光后显影：显影60s；
步骤8、刻蚀：置于电感耦合等离子体干法刻蚀机内进行刻蚀处理，其中上电级功率为1700W，下电极功率为180W；
采用刻蚀设备对晶圆进行刻蚀处理；
步骤9、去胶，清洁：将刻蚀处理后的半导体晶圆置于干法去胶设备中进行去胶清洁处理即可，去胶时高频信号源的频率为11～12MHz，输出功率为160～180W，通入氧气流量为10～16mL/min。
具体实施例：
实施例1：
一种半导体器件的刻蚀方法，包括如下步骤：
S1：预清洗；
S2、保护层的形成：将保护剂均匀喷覆到半导体器件的表面，然后进行低温真空干燥处理后，控制真空度为2Pa，温度为34℃，形成保护层，保护剂中各成分及对应重量份为：丝素蛋白改性氧化锌2g、脂肪醇聚氧乙烯(3)醚0.005g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.02g、硬脂酸单甘油酯0.2g、氨基三亚甲基叉膦酸0.04g、乙二胺四乙酸0.04g；
S3、光刻胶掩膜的形成：
S301、在半导体晶片上涂光刻胶；
S302、置于真空干燥箱内进行低温真空干燥处理，控制真空度为2Pa，温度为25℃，完成后取出备用；
S303、在磁场辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶片上，形成光刻胶掩膜，磁场功率为700W；
S4、曝光、显影：在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，形成光刻胶图形；
S5、刻蚀：置于电感耦合等离子体干法刻蚀机内进行刻蚀处理，电感耦合功率为700W，射频偏压功率为70W；
S6、去胶，清洁：将刻蚀处理后的半导体器件置于等离子体去胶设备中进行去胶清洁处理即可，去胶时高频信号源的频率为11MHz，输出功率为160W，通入氧气流量为10mL/min。
实施例2：
一种半导体器件的刻蚀方法，包括如下步骤：
S1：预清洗；
S2、保护层的形成：将保护剂均匀喷覆到半导体器件的表面，然后进行低温真空干燥处理后，控制真空度为2.5Pa，温度为36℃，形成保护层，保护剂中各成分及对应重量份为：丝素蛋白改性氧化锌3.5g、脂肪醇聚氧乙烯(3)醚0.007g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.04g、硬脂酸单甘油酯0.225g、氨基三亚甲基叉膦酸0.045g、乙二胺四乙酸0.045g；
S3、光刻胶掩膜的形成：
S301、在半导体晶片上涂光刻胶；
S302、置于真空干燥箱内进行低温真空干燥处理，控制真空度为2.5Pa，温度为27.5℃，完成后取出备用；
S303、在磁场辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶片上，形成光刻胶掩膜，磁场功率为800W；
S4、曝光、显影：在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，形成光刻胶图形；
S5、刻蚀：置于电感耦合等离子体干法刻蚀机内进行刻蚀处理，电感耦合功率为800W，射频偏压功率为90W；
S6、去胶，清洁：将刻蚀处理后的半导体器件置于等离子体去胶设备中进行去胶清洁处理即可，去胶时高频信号源的频率为11.5MHz，输出功率为170W，通入氧气流量为13mL/min。
实施例3：
一种半导体器件的刻蚀方法，包括如下步骤：
S1：预清洗；
S2、保护层的形成：将保护剂均匀喷覆到半导体器件的表面，然后进行低温真空干燥处理后，控制真空度为3Pa，温度为38℃，形成保护层，保护剂中各成分及对应重量份为：丝素蛋白改性氧化锌5g、脂肪醇聚氧乙烯(3)醚0.009g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.06g、硬脂酸单甘油酯0.25g、氨基三亚甲基叉膦酸0.05g、乙二胺四乙酸0.05g；
S3、光刻胶掩膜的形成：
S301、在半导体晶片上涂光刻胶；
S302、置于真空干燥箱内进行低温真空干燥处理，控制真空度为3Pa，温度为30℃，完成后取出备用；
S303、在磁场辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶片上，形成光刻胶掩膜，磁场功率为900W；
S4、曝光、显影：在光刻胶光刻仪上进行曝光后进行显影，形成光刻胶图形；
S5、刻蚀：置于电感耦合等离子体干法刻蚀机内进行刻蚀处理，电感耦合功率为900W，射频偏压功率为110W；
S6、去胶，清洁：将刻蚀处理后的半导体器件置于等离子体去胶设备中进行去胶清洁处理即可，去胶时高频信号源的频率为12MHz，输出功率为180W，通入氧气流量为16mL/min。
综上所述，本发明在掩膜制作之前，将保护剂均匀地喷覆到半导体器件的表面，在半导体器件的表面形成一层保护层，有利于均匀涂胶，同时达到便于去胶，保护半导体器件表面微观结构的效果，涂胶之后进行低温真空干燥，保障干燥均匀，然后置于磁场发生器借助磁场的作用将高压氮气分散到光刻胶的表面，用于消除光刻胶膜上形成的微波纹，提高光刻胶的致密、均匀性，解决了现今晶圆边缘的通孔被刻蚀穿通，导致功能层丧失，造成后续半导体器件产生短路或者断路，甚至会使半导体器件完全失效的问题，达到精准刻蚀的目的。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、打标后去离子水冲洗，并进行一次浸泡清洗，一定时间后甩干，待用；
步骤2、将保护剂均匀喷覆到半导体器件的表面，形成保护层；
步骤3、先在晶圆上涂一层HMDS粘合剂，然后涂胶，一定温度和时间下前烘，；
步骤4、在一定温度和一定真空度下进行低温真空干燥处理，完成后取出备用；
步骤5、在一定磁场功率和一定射频偏压功率辅助条件下将高压氮气分散到真空干燥处理后的晶圆上，形成光刻胶掩膜；
步骤6、采用第一次曝光程序；
步骤7、曝光后显影；
步骤8、置于电感耦合等离子体干法刻蚀机内进行刻蚀处理；
步骤9、将刻蚀处理后的半导体晶圆置于干法去胶设备中进行去胶清洁处理。
2.根据权利要求1所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤1中的清洗工艺包括：用去离子水冲洗晶圆后再用一定比例稀释后的H2SO4、双氧水和DHF清洗液漂洗SiC晶圆表面，洗去沾污、颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤2中，所述保护剂包括一定比例的丝素蛋白改性氧化锌、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸单甘油酯、氨基三亚甲基叉膦酸、乙二胺四乙酸，然后在一定温度和真空度下进行低温真空干燥处理。
4.根据权利要求1所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤6中，曝光焦距为0.3±0.1，光强调整为680～750mW/cm2，均匀性要求为2％以内。
5.根据权利要求1所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤8中，采用刻蚀设备对晶圆进行刻蚀处理。
6.根据权利要求1所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤9中，去胶时高频信号源的频率为11～12MHz，输出功率为160～180W，通入氧气流量为10～16mL/min。
7.根据权利要求1所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤1中，采用SPM药液、SC-1药液、DHF漂洗液一次进行浸泡清洗，其中，SPM药液是：H2SO4：H2O2为3：1，SC-1药液是NH4OH：H2O2：H20为1：2：7。
8.根据权利要求1所述的一种半导体器件的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤9中，去胶时高频信号源的频率为11～12MHz，输出功率为160～180W，通入氧气流量为10～16mL/min。
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2022
- 2022-12-27 CN CN202211687933.3A patent/CN117096014A/zh active Pending
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